SWaP-C 高可靠性連接器的選擇與應用指南

國防和航太應用系統設計人員面臨更加嚴格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 最佳化要求。隨著設計越來越複雜和緊湊，他們必須在這些要求與高效能和可靠性之間取得平衡。傳統的連接器通常難以滿足這些相互衝突的需求，設計人員必須尋找替代方案滿足系統設計和效能要求。

本文探討專為 SWaP-C 設計的先進連接器技術，如何滿足國防和航太應用的獨特需求。接著介紹 Harwin 的高可靠性解決方案，並展示如何應用於各種國防和航太情境，以達到可靠的 SWaP-C 效能。

促進連接器小型化的因素

從潛水艇潛望鏡系統升級到多光譜成像，再到搭載不斷擴充感測器陣列的無人機(UAV)，密閉空間內對精細電子設備的要求一年比一年複雜。組件尺寸縮小能允許在系統中添加感測器和其他功能，以增強系統能力並提高空氣動力學的表現。

傳統上，連接器屬於體積較大的組件，是成功達到小型化的關鍵。縮小連接器尺寸需要縮小觸點間距並減輕重量，同時保持耐用性，並確保在極端條件下能有一致的電氣效能。

Harwin 推出專為 SWaP-C 經過最佳化設計的全系列連接器，因應這些挑戰。以三個關鍵的設計原則為基礎：

1. 將間距尺寸縮小至 1.25 mm，同時保持高載流能力
2. 使用多指鈹銅接點，確保極端條件下的訊號完整性
3. 採用高溫熱塑性塑膠外罩，並選擇性使用輕質金屬以提高耐用性

這種設計概念延伸到其高可靠性產品系列，從高密度訊號連接器到混合技術及高功率解決方案。

連接器重量減輕對機動性和效率的影響

減輕重量是最佳化 SWaP-C 的關鍵，特別是對於機載和行動應用。更輕的組件可以提升飛行時間和機動性，同時還能攜帶更多的設備。

現代化微型連接器透過策略性選擇製造材料，其重量相較於傳統工業連接器有明顯減輕。例如，可採用玻璃填充高溫熱塑性塑膠做為主要外罩。同時，設計人員可以僅在需要金屬來防止電磁干擾 (EMI) 和無線射頻干擾 (RFI) 以及提供機械耐久性的部分選擇採用輕質鋁合金。

在大電流應用中，傳統設計重度依賴金屬組件，但採用這些材料組合也能達到強大的電氣和機械效能，同時讓連接器減輕最多。

管理連接器成本但不犧牲可靠性

對於任務關鍵系統的設計人員而言，在 SWaP-C 設計中，平衡成本和可靠性是一項持續的挑戰。這表示設計連接器時，要選擇合適的設計和材料，才能以最低成本確保長期耐用性。

管理成本的關鍵策略是注重總持有成本，而不只是在乎前期組件的價格。因此，雖然高可靠性連接器的初始成本可能較高，但其具有較長的使用壽命和較低的維護要求，長期而言可以明顯節省成本。尤其是針對在極端條件 (包括高振動、溫度波動、重複配接循環) 應用中的連接器。

此外，標準化和模組化連接器設計，能更容易進行整合和更換，降低生產和維護成本。若連接器符合常用產業標準，則可提供互換性並簡化庫存管理，進而降低產品生命週期內的費用。

平衡電力傳輸和尺寸

連接器在電源管理中也扮演關鍵角色。 其面臨的挑戰在於連接器在處理高功率負載的同時，如何保持緊湊外型尺寸，並確保具有最小功率損耗。高可靠性連接器必須支援高效率電力傳輸、減少熱量產生、並防止電弧，同時滿足現代系統設計的空間和重量限制。

要達成高效率和可靠性，需要採用低電阻的材料和觸點設計。具有堅固觸點鍍層、先進的絕緣效能、最佳化觸點幾何形狀的連接器，即使在極端操作條件下也能提供穩定的電力。

關鍵的考慮因素之一是將訊號和電源連接結合在一個緊湊的連接器中。雖然整合訊號和電源線路可以減少整體連接器的覆蓋區並釋放寶貴的空間，但也為管理電源和訊號路徑之間的潛在干擾帶來挑戰。

應用範例：噴射戰鬥機駕駛艙

檢視典型使用案例有助於說明這些設計原則在實務中的作用。例如，噴射戰鬥機中的照明控制單元 (LCU) 需要可靠的連接器，以管理不同飛行條件和任務中的照明。這些系統控制駕駛艙、外部、夜視、緊急照明，需要能夠在緊密擁擠的環境中提供可變照明強度的組件。照明控制單元的空間有限，需要能夠有效率整合且不降低效能的薄型組件。

Harwin 的 Gecko SL 連接器間距為 1.25 mm，是一款緊湊輕巧的解決方案，比 Micro-D 連接器輕 75%、小 45%，特別適合 LCU 等密集環境。Gecko SL 系列的主要特點包括：

• 隔離時每個接點為 2.8 A，所有接點同時啟用時為 2.0 A
• 四指鈹銅觸點設計，提供高可靠度
• 由玻璃填充熱塑性塑膠 UL94V-0 (不含鹵素和紅磷) 模製

G125-MC10605M1-0150L 型號具有六腳位插頭，端接於獨立的引線 (圖 1)。提供多種其他組裝樣式，以及輕質鋁製罩，可強化電氣連續性、纜線保護，並提供有效的 EMI/RFI 屏蔽。

圖 1：Gecko SL 連接器對於空間受限的環境 (如噴射機駕駛艙) 有所助益。 G125-MC10605M1-0150L 型號具有六腳位插頭，端接於獨立的引線 (圖片來源：Harwin)

Gecko SL 連接器不僅尺寸緊湊，而且非常堅固耐用。可承受高達 100 g 的衝擊達 6 ms，以及高達 20 g 的振動達 6 小時，引此非常適合航太環境。這些連接器的耐久性為 1000 次配接，可透過重複連接和斷開確保可靠性，這是維護密集應用中的常見要求。

應用範例：混合訊號無人機連接器

再舉一個例子，在國防環境中運作的無人機需要堅固、緊湊的連接器，方能在惡劣條件下維持良好功能。這些無人機會經歷劇烈的振動和衝擊，因此訊號完整性對於機載系統非常重要。

Harwin 的 Datamate Mix-Tek 連接器在一個緊湊的封裝中整合電源和訊號線路，可解決這些挑戰。在設計上節省空間，採用 2 mm 間距，可在印刷電路板 (PCB) 上留下充足的空間容納其他組件，得以增強無人機的能力和效能。 這些連接器具有低接觸電阻；訊號觸點為 6 mΩ，電源觸點為 25 mΩ，可將功率和訊號損失降至最低。其額定配接次數為 500 次，可確保在需要頻繁維護和重新連接的應用中達到耐用性。

以 M80-5T10805M1-02-331-00-000 為例 ，此元件結合兩個電源觸點 (每個處理 20 A) 和八個訊號接點 (每個額定電流為 3 A) (圖 2)。此配置支援關鍵系統的電源需求，以及大多數無人機應用中控制和通訊的資料需求。

圖 2：M80-5T10805M1-02-331-00-000 連接器將兩個電源觸點和八個訊號觸點 (間距為 2 mm) 結合到單一外罩中，適用於無人機等空間受限的應用 (圖片來源：Harwin)

應用範例：高功率無人機電池

國防用途無人機通常需大量電力，由電池系統提供數十至數百千瓦。連接這些電池至馬達等關鍵組件的連接器必須能可靠處理大電流，同時將功率損耗降至最低。

Harwin 的 Kona 高可靠性連接器可處理每接點 60 A 和 3000 V，滿足這些要求。具有 8.50 mm 間距，支援高功率負載，同時保有國防級的堅固性。接觸電阻為 2 mΩ，確保具有最低功率損耗。

KA1-MV10205M1 為良好一例 (圖 3)，此連接器具有兩個公引腳，最大總電流為 120 A，非常適合無人機電池連接，可同時滿足其強大電力傳輸和 SWaP-C 要求。

圖 3：KA1-MV10205M1 連接器每個接點的額定值為 60 A 和 3000 V，採用六指觸點設計，可確保在高衝擊條件下達到穩定性 (圖片來源：Harwin)

Kona 連接器採用鍍金的鈹銅接點，具有六指觸點設計，可在高衝擊條件下進行穩定連接，間距為 8.5 mm。鋁合金背殼和不鏽鋼螺絲鎖提供輕巧耐用的設計。

結論

選擇合適的連接器可平衡 SWaP-C 最佳化的多樣化要求。Harwin 的先進連接器解決方案展示，結合緊湊性、輕量化設計、功率效率和耐用性，讓設計人員滿足航太和國防應用的複雜需求。